Wissenschaftler führten Gentests an etwa tausend Embryonen durch und stellten fest, dass bei fast der Hälfte die Entwicklung aufgrund genetischer Fehler nach der Befruchtung zum Stillstand gekommen war. Dies warf ein Licht auf die Herausforderungen der IVF und der natürlichen Empfängnis. Untersuchungen zeigen, dass IVF-Behandlungen verbessert werden können, wenn man diese genetischen Fehler versteht und möglicherweise den IVF-Prozess verändert.

Durch die Durchführung von Gentests an fast tausend Embryonen haben Wissenschaftler die bisher detaillierteste Analyse des Schicksals menschlicher Embryonen nach einer In-vitro-Fertilisation durchgeführt.

Bei fast der Hälfte der untersuchten Embryonen kam es aufgrund genetischer Fehler in der frühen Entwicklung zu einem Entwicklungsstopp – eine aufschlussreiche Erkenntnis, die darauf hindeutet, dass mit der Änderung der Fruchtbarkeitsbehandlungen möglicherweise mehr IVF-Babys geboren werden.

Die einzigartige Kombination von Daten von in der Entwicklung gestoppten Embryonen wirft auch ein neues Licht auf die frühesten Stadien der natürlichen Empfängnis.

„Wir dachten, dass dies auch während der natürlichen Empfängnis passiert, weshalb es im Durchschnitt mehrere Monate oder länger dauert, bis man schwanger wird“, sagte Autor Rajiv McCoy, Assistenzprofessor für Biologie an der Johns Hopkins University. „Was sehr überraschend war, war, dass die meisten dieser Embryonalstillstände nicht auf Fehler während der Eibildung zurückzuführen waren, sondern auf Fehler, die während der Zellteilung nach der Befruchtung auftraten. Die Tatsache, dass diese Fehler nicht von der Eizelle herrührten, deutet darauf hin, dass diese Fehler möglicherweise durch eine Änderung der Art und Weise, wie die In-vitro-Fertilisation durchgeführt wird, gemildert werden können.“

Die Forschung wurde kürzlich in der Fachzeitschrift Genomic Medicine veröffentlicht.

Forscher der Johns Hopkins University und der Women's Clinic in London, England, verglichen IVF-Embryonen, die sich nicht innerhalb weniger Tage nach der Befruchtung entwickelten, mit Embryonen, die überlebten, und suchten nach genetischen Unterschieden.

„Gentests werden normalerweise nur an überlebenden IVF-Embryonen durchgeführt, um zu entscheiden, welcher Embryo in die Gebärmutter übertragen werden soll“, sagte McCoy. „Aber aus biologischer Sicht müssen wir, wenn wir verstehen wollen, was diese Embryonen überleben lässt, auch alle anderen Embryonen testen.“

Die Ergebnisse zeigen, dass einige Embryonen normal zu wachsen beginnen, wenn mütterliches genetisches Material in die Eizelle geladen wird, um die Zellteilung zu steuern, dann aber ins Stocken geraten und zum Stillstand kommen, wenn die Gene des Embryos die Kontrolle übernehmen.

Ein Zeitrafferclip einer häufigen abnormalen Zellteilung, bei der sich ein Embryo direkt von einem einzelligen Protozoen in drei (statt zwei) Zellen teilt. Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass diese abnormale Teilung eng mit Chromosomenanomalien und embryonaler Stase zusammenhängt. Bildnachweis: Christian Ottolini

Menschliche Zellen erhalten typischerweise 46 Chromosomen, 23 von jedem Elternteil. Das Team fand heraus, dass nicht lebensfähige Embryonen zunächst einen Satz von 46 Chromosomen haben, aber wenn sich die Zellen teilen, ändert sich die Chromosomenzahl.

„Es spielt keine Rolle, ob überhaupt zusätzliche Chromosomen fehlen, weil die mütterliche Maschinerie die Kontrolle übernimmt. Wenn sich das Genom des Embryos einschaltet, geht etwas schief“, sagte McCoy.

Bei menschlichen Embryonen kommt es während der frühen Entwicklung zu einer ungewöhnlich hohen Chromosomenzunahme und -verlustrate, die als Aneuploidie bezeichnet wird. Wissenschaftler untersuchen Aneuploidie seit Jahrzehnten durch das Screening von IVF-Embryonen und haben eindeutig erkannt, dass diese Fehler für das Scheitern einer Schwangerschaft beim Menschen verantwortlich sind. Da Aneuploidie bei vielen anderen Arten selten ist, helfen diese Ergebnisse zu erklären, warum Schwangerschaftsverluste und Fehlgeburten beim Menschen so häufig sind.

Aneuploidie ist ein Beispiel für eine extrem starke Form der natürlichen Selektion, die in jeder menschlichen Generation auftritt. Dies ist möglicherweise nur ein Merkmal der menschlichen Fortpflanzung und Entwicklung, hat jedoch Auswirkungen auf die IVF. Langfristig hoffen wir, die Gentests und die IVF-Ergebnisse zu verbessern.

Die Forscher planen, weitere Tests an bestimmten Zellen der verhafteten Embryonen durchzuführen, um den Ursprung der Chromosomen zu ermitteln und festzustellen, ob die abnormalen Zellteilungen mit der mütterlichen oder väterlichen Vererbung zusammenhängen. Sie hoffen auch, besser zu verstehen, ob Faktoren wie die chemische Zusammensetzung der Kulturschale des Embryos die Überlebenschancen des Embryos verbessern können.

Co-Autor Michael Summers, Berater für Reproduktionsmedizin an der London Women's Clinic, sagte: „Durch ein besseres Verständnis der Mechanismen, die dazu führen, dass Embryonen die Befruchtung stoppen, können wir möglicherweise viele dieser Probleme beheben. Das Problem könnte sein, dass die Chemie der häufig verwendeten Medien nicht das Wachstum aller Embryonen zulässt und eine abnormale Zellteilung durch Stress auf den Eiern und frühen Embryonen verursacht wird, was zu abnormalen Teilungen im Zusammenhang mit Chromosomenanomalien führt.“